KR101191664B1 - 전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 안정적인 냉각 기능을 구비할 수 있도록 복수 개의 이차전지와, 상기 이차전지가 내장되는 하우징, 및 상기 이차전지들을 이격시키는 복수 개의 돌기를 포함하고, 상기 이차전지들은 적층 배열되어 복수 개의 전지열을 형성하며, 냉각매체의 진행 방향을 따라 적층 배치된 전지열들은 이차전지 사이에 배치된 돌기의 개수가 서로 다르게 형성된다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}

본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방열 구조를 개선한 전지 모듈에 관한 것이다.

이차전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차전지를 직렬로 연결하여 고출력 전지 모듈로 구성된다.

이러한 전지 모듈은 수 개에서 수십 개의 이차전지들로 구성되는 바, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 한다. 열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우, 이차전지 내부의 온도가 상승하면 이상 반응이 일어나 이차전지의 수명이 단축되는 문제가 발생한다. 또한, 이차전지의 온도가 지속적으로 상승하면 이차전지가 발화하거나 폭발할 수 있다.

종래에는 전지 모듈을 냉각하기 위해서 외기를 송풍 공급하는 방식이 적용되었으나, 외기를 송풍 공급하면 전지 모듈 내부로 먼지 등의 이물질이 유입되어 단락 등의 원인으로 전지 모듈이 손상되는 문제가 발생할 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안정적인 냉각 기능을 갖는 전지 모듈을 제공함에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수 개의 이차전지와, 상기 이차전지가 내장되는 하우징, 및 상기 이차전지들을 이격시키는 복수 개의 돌기를 포함하고, 상기 이차전지들은 적층 배열되어 복수 개의 전지열을 형성하며, 냉각매체의 진행 방향을 따라 적층 배치된 전지열들은 이차전지 사이에 배치된 돌기의 개수가 서로 다르게 형성된다.

상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 전지열을 구성하는 이차전지들 사이에 배치된 돌기의 개수는 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열을 구성하는 이차전지들 사이에 배치된 돌기의 개수보다 더 많게 형성될 수 있다.

상기 돌기는 복수 개가 하나의 이차전지의 표면에 냉각매체의 진행방향을 따라 이격 배치된 분산돌기일 수 있으며, 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 돌기의 폭은 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 돌기의 폭보다 더 작게 형성될 수 있다.

상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 돌기의 길이는 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 길이보다 더 크게 형성될 수 있으며, 상기 돌기는 냉각매체의 진행 방향을 따라 이어진 안내돌기로 이루어지고, 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 안내돌기의 개수는 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 안내돌기의 개수보다 더 적게 형성될 수 있다.

상기 하우징은 밀폐형으로 이루어지며, 상기 이차전지들은 대류방식에 의하여 냉각될 수 있으며, 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 전지열은 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열 보다 중력방향을 기준으로 더 위쪽에 배치될 수 있다.

상기 냉각매체는 상기 이차전지들에 의하여 가열되어 부력으로 상승할 수 있으며, 상기 전지열들은 중앙통로를 사이에 두고 냉각매체의 진행방향과 교차하는 방향으로 이격 배치될 수 있다.

상기 하우징의 내부에는 상기 전지열들이 위치하는 냉각 공간과 상기 냉각 공간의 외측에 형성되며 상기 전지열들을 통과한 냉각매체가 다시 냉각 공간으로 유입될 수 있도록 회귀하는 이동 공간을 형성하는 차단벽이 설치될 수 있으며, 상기 차단벽은 단열성을 갖는 소재로 이루어질 수 있다.

상기 차단벽의 외면에는 상기 냉각매체의 진행방향을 향하여 경사지게 형성된 가이드부재가 설치될 수 있으며, 상기 하우징의 바닥에는 외기로 노출된 바닥판이 설치될 수 있다.

상기 하우징에는 상기 하우징을 냉각하는 냉각부재가 연결 설치될 수 있으며, 상기 냉각부재는 상기 하우징의 상면에 설치될 수 있다.

상기 냉각부재는 상기 하우징의 상면 가장자리에 설치될 수 있으며, 상기 냉각부재에는 홀이 형성되고, 상기 홀에는 상기 하우징의 상면과 접하도록 단열부재가 설치될 수 있다.

상기 돌기는 상기 이차전지의 케이스에 고정될 수 있으며, 상기 돌기는 이차 전지 사이에 삽입된 판재에 고정될 수도 있다.

상기 이차전지에는 냉각매체의 진행방향을 따라 이어진 안내돌기와 상기 안내돌기보다 더 큰 폭과 더 짧은 길이를 갖는 분산돌기가 설치되고,

상기 안내돌기는 상기 분산돌기 보다 냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈은 복수 개의 이차전지, 및 상기 이차전지가 내장되는 하우징을 포함하고, 상기 이차전지들은 적층 배열되어 복수 개의 전지열을 형성하며, 이차전지들 사이에는 냉각매체가 이동하는 유로가 형성되고, 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 전지열의 유로와 냉각매체의 마찰은 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열의 유로와 냉각매체의 마찰보다 더 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각매체가 복수 개의 전지열을 냉각하는 동안 속도가 더욱 증가하므로 하우징 내에서 냉각매체가 더욱 잘 순환하여 냉각 효율이 향상된다. 또한, 냉각매체가 상승할수록 더욱 가열되므로 냉각매체의 온도가 올라가고 이에 따라 부력이 증가하며, 이러한 냉각매체의 속도는 더욱 증가하게 된다.

특히, 냉각매체의 순환이 잘 이루어지므로 하우징이 밀폐형으로 이루어지고, 대류 방식에 의하여 이차전지들이 냉각될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지열들을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지들을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전지 모듈을 구성하는 이차전지들을 도시한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지열들을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지들과 돌기를 도시한 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 전지 모듈(101)은 복수 개의 이차전지들(10)과 이차전지들(10)이 내장되는 공간을 갖는 하우징(23)과 이차전지들(10) 사이에 설치되어 냉각매체가 이동하는 공간을 형성하는 분산돌기(18)를 포함한다.

이차전지들(10)은 리튬 이온 이차전지로서 대략 직육면체 형상을 갖는 각형으로 이루어진다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.

이차전지들(10)은 나란하게 적층 배열되어 전지열들(12, 13, 14)을 형성하며, 하우징(23) 내에는 복수 개의 전지열이 수납된다. 전지열(12, 13, 14)들은 냉각매체의 진행 방향과 나란하게 적층 배치되며, 냉각매체의 진행 방향을 따라 이어져 형성된 중앙통로(19)를 기준으로 두 줄로 배치된다.

이에 따라 전지열들(12, 13, 14)은 중앙통로(19)를 사이에 두고 냉각매체의 진행방향과 교차하는 방향으로 이격 배치되어 냉각매체가 중앙통로(19)와 전지열들(12, 13, 14)을 통과하여 이동할 수 있다.

본 실시예에서는 3개의 전지열(12, 13, 14)이 냉각매체의 진행 방향으로 적층 배열된 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 2개 이상의 전지열이 적층 배열되면 충분하다.

분산돌기(18)는 이차전지들(10) 사이에 위치하여 이차전지들(10)을 이격시킨다. 이에 따라 이차전지들(10) 사이에는 냉각매체가 이동하는 유로(15)가 형성된다.

본 실시예에 따른 분산돌기(18)는 원형의 단면으로 이루어지나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 삼각형, 사각형 등 다양한 단면형상으로 이루어질 수 있다. 분산돌기(18)는 이차전지(10)의 외형을 형성하는 케이스(17)에 고정되어 있다. 분산돌기(18)는 이차전지(10)의 케이스(17)와 일체로 형성되어 케이스(17)에서 돌출될 수 있으며, 접착제 등의 의하여 케이스(17)에 고정될 수도 있다.

하우징(23)은 육면체 형태로 이루어지며 아래로 갈수록 단면적이 증가하는 구조로 이루어진다. 또한, 하우징(23)의 상면(23a)은 호형의 단면을 갖도록 형성된다. 이에 따라 상승한 냉각매체가 하우징(23)의 상면(23a)의 안내를 받아서 가장자리로 쉽게 이동할 수 있다.

한편, 하우징(23) 내에는 냉각매체가 이동하는 공간을 나누는 차단벽(21)이 설치된다. 차단벽(21)은 단열소재로 이루어지며, 대략 육면체 형태로 이루어진다. 또한, 차단벽(21)은 전지열들(12, 13, 14)이 위치하는 냉각 공간(27)과 냉각 공간(27)의 외측에 형성되며 전지열(12, 13, 14)을 통과한 냉각매체가 다시 냉각 공간(27)으로 유입될 수 있도록 회귀하는 이동 공간(28)을 형성한다. 이동

차단벽(21)의 양단은 개방되어 냉각매체가 차단벽(21) 내부로 유입되고, 배출될 수 있다. 또한, 차단벽(21)은 하우징(23)과 이격 배치되어 있으며, 차단벽(21)과 하우징(23) 사이에 이동 공간(28)이 형성된다. 이동 공간(28)은 냉각매체의 진행 방향을 따라 단면적이 점진적으로 증가하는 구조로 이루어진다. 이에 따라 냉각 공간(27)에서 나온 공기는 이동 공간(28)을 통해서 이동하는 과정에서 속도가 느려지게 된다. 이에 따라 하우징(23)과 맞닿는 시간이 증가하여 공기가 더욱 용이하게 냉각될 수 있다.

또한, 하우징(23)의 아래에는 외기와 맞닿는 바닥판(24)이 설치된다. 전지 모듈(101)이 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 등의 차량에 설치될 때, 전지 모듈(101)은 후방 트렁크에 배치될 수 있으며, 바닥판(24)은 차량의 바닥에서 외측으로 돌출되어 외기와 맞닿도록 설치된다. 이에 따라 바닥판(24)은 외기에 의하여 냉각되며 냉각 공간(27)에서 빠져 나온 냉각매체는 하우징(23)과 바닥판(24)을 통해서 냉각될 수 있다. 하우징(23)과 바닥판(24)은 열전도성이 우수한 알루미늄, 스틸, 스테인리스 스틸 등으로 이루어질 수 있다. 하우징(23)과 바닥판(24)에 의하여 하우징(23) 내부 공간은 밀폐되며 냉각매체인 공기가 내부에 채워져 있다.

한편, 차단벽(21)에는 전지열들(12, 13, 14)을 지지하는 프레임(25)이 설치되어 있다. 프레임(25)은 막대 형상으로 이루어지며, 차단벽(21)에 고정되어 전지열들(12, 13, 14)이 안정적으로 위치할 수 있도록 지지하는 역할을 한다.

냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 위치하는 전지열(13, 14)의 유로(15)와 냉각매체의 마찰은 냉각매체의 진행방향을 기준으로 후방에 위치하는 전지열(12)의 유로(15)와 냉각매체의 마찰보다 더 작게 된다.

이를 위해서 냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 위치하는 전지열(13, 14)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 분산돌기(18)의 개수는 냉각매체의 진행방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열(12)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 분산돌기(18)의 개수보다 더 적다.

분산돌기들(18)은 소정 간격으로 이격 배치되는 바, 냉각매체의 진행방향을 기준으로 제일 후방에 위치하는 전지열(12)의 이차전지(10)에는 8개의 분산돌기(18)가 설치되며, 중앙에 배치된 전지열(13)의 이차전지(10)에는 6개의 분산돌기(18)가 설치되고, 냉각매체의 진행방향을 기준으로 제일 전방에 위치하는 전지열(14)의 이차전지(10)에는 4개의 돌기가 설치된다. 여기서 제일 후방에 위치하는 전지열(14)의 이차전지(10)에 설치된 분산돌기(18)는 서로 엇갈리게 배치되어 냉각매체와 분산돌기(18)의 마찰은 더욱 커지게 된다.

냉각매체는 공기로 이루어지며, 중력방향과 나란한 방향으로 이동하는 바, 냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 위치하는 전지열(13, 14)은 냉각매체의 진행방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열(12) 보다 중력방향을 기준으로 더 위쪽에 배치되어 있다.

냉각 공간(27)에서 이차전지들(10)에 의하여 가열된 공기는 부력에 의하여 위쪽으로 이동하고, 위쪽으로 올라갈수록 더욱 가열되어 이동 속도가 증가한다.

위쪽으로 이동하는 동안 냉각매체의 이동 속도가 증가하여 냉각매체는 차단벽(21)의 외측으로 이동한다. 차단벽(21)의 외측으로 나온 냉각매체는 하우징과의 열교환을 통해서 냉각되며, 상부에서 냉각된 공기는 이동 공간(28)을 통해서 아래로 이동한다. 또한, 공기는 다시 이동공간에서 압력이 낮은 냉각 공간(27)으로 이동하는 대류 현상이 발생한다. 이러한 대류 현상을 통해서 이동하는 냉각매체에 의하여 이차전지들(10)이 냉각된다.

이때, 하부에는 상대적으로 많은 수의 분산돌기(18)가 형성되어 있어서 냉각매체가 느리게 상승하지만, 위로 갈수록 분산돌기(18)의 개수가 감소하므로 냉각매체가 빠르게 상승한다. 이차전지(10)에 의한 온도 상승에 따라 냉각매체의 온도가 상승하면 가벼워진 냉각매체가 위로 이동하게 되는데, 분산돌기(18)의 배열에 따라 상부로 갈수록 냉각매체의 이동속도가 증가한다. 이에 따라 상승하는 냉각매체는 위에 있는 냉각매체를 밀어내어 하우징(23) 내부의 냉각매체를 순환시킬 수 있다.

대류에 있어서 가장 중요한 것은 냉각매체의 이동 속도 인 바, 냉각매체의 이동속도가 증가할 수록 내부 가열에 의한 대류 현상이 활발하게 일어날 수 있다. 본 실시예에 따르면 냉각매체의 이동방향을 기준으로 전방에 배치된 전지열(13, 14)에 형성된 냉각매체 유로의 마찰이 더 작으므로 냉각매체가 위쪽으로 올라갈수록 이동속도가 증가하고 이에 따라 냉각효율이 향상된다.

또한, 차단벽(21)이 설치되어 상승하는 냉각매체와 하강하는 냉각매체가 분리되므로 대류 현상이 더욱 잘 발생할 수 있을 뿐만 아니라 하우징(23)과 바닥판(24)에 의하여 냉각매체가 냉각되므로 상승한 냉각매체는 열을 하우징(23)으로 전달하고 아래로 내려와서 순환하게 된다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 대류에 의하여 이차전지들(10)을 냉각하므로 외부의 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(102)은 돌기(35, 36)의 구조, 및 냉각부재(37), 가이드부재(38)가 추가 설치된 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 전지 모듈(102)은 복수 개의 전지열(32, 33, 34)과 하우징(23), 및 전지열(32, 33, 34)을 구성하는 이차전지(10) 사이에 배치된 돌기들(35, 36)을 포함한다.

돌기(35, 36)는 분산돌기(35)와 안내돌기(36)를 포함하는 바, 분산돌기(35)라 함은 원형 또는 다각형의 단면을 갖는 돌기로서 복수 개가 하나의 이차전지의 표면에 냉각매체의 진행방향을 따라 이격 배치된 돌기를 말하며, 안내돌기(36)라 함은 이차전지에서 냉각매체의 진행방향을 따라 이어져 형성된 장방형 돌기를 말한다.

냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 위치하는 전지열(34)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 안내돌기(36)의 개수는 냉각매체의 진행방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열(32, 33)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 분산돌기(35)의 개수보다 더 많다.

즉, 분산돌기들(35)은 하나의 이차전지(10)에서 복수개가 냉각매체의 진행방향으로 이격 배치되며, 냉각매체의 진행방향을 기준으로 제일 후방에 위치하는 전지열(32)의 이차전지(10)에는 8개의 분산돌기(35)가 설치되며, 중앙에 배치된 전지열(33)의 이차전지(10)에는 6개의 분산돌기(35)가 설치된다.

한편, 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 전지열(34)을 구성하는 이차전지들 사이에 배치된 안내돌기(36)의 길이는 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열(34)을 구성하는 이차전지들 사이에 배치된 분산돌기(35)의 길이보다 더 크게 형성된다. 또한, 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 전지열(34)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 안내돌기(36)의 폭은 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열(32, 33)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 분산돌기(35)의 폭보다 더 작게 형성된다.

즉, 냉각매체의 진행방향을 기준으로 제일 전방에 위치하는 전지열(34)의 이차전지(10)에는 냉각매체의 진행방향을 따라 이어진 복수 개의 안내돌기(36)가 냉각매체의 진행방향과 교차하는 방향으로 이격 배치된다.

안내돌기(36)는 냉각매체의 진행방향을 따라 이어진 막대 형상으로 이루어지며, 이차전지의 일측단에서 타측단까지 이어져 형성된다.

안내돌기(36)는 냉각매체의 진행을 방해하지 않으면서 냉매 유로의 단면적을 감소시키는 바, 이에 따라 냉각매체의 이동속도는 더욱 증가하게 된다.

즉, 폭이 넓고 길이가 작은 분산돌기(35)는 냉각매체의 진행을 방해하며 냉각매체를 분산시키지만 안내돌기(36)는 냉각매체의 유통로의 단면적만 감소시키며 냉각매체가 더욱 빠르게 진행하도록 하는 역할을 한다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방으로 갈수록 냉각매체의 속도가 더욱 빨라지므로 하우징 내부에서의 대류현상은 더욱 활발하게 일어날 수 있다.

한편, 차단벽(21)의 외면에는 냉각매체의 진행방향으로 경사지게 돌출된 가이드부재(38)가 설치된다. 가이드부재(38)는 냉각매체의 진행방향으로 경사지게 형성된 판형상으로 이루어지며 이동 공간(28)에서 냉각매체가 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.

또한, 하우징(23)의 상면(23a)에는 냉각부재(37)가 설치된다. 냉각부재(37)는 하우징(23)에서 열을 전달받아 하우징(23)을 냉각하는 역할을 한다. 냉각부재(37)는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 열전소자 또는 다른 부재로 열을 전달하는 금속판 등으로 이루어질 수 있다.

냉각부재(37)의 중앙에는 홀(37a)이 형성되며, 이 홀(37a)에는 단열부재(39)가 삽입되어 하우징(23)과 접하도록 설치된다. 이에 따라 하우징(23)의 중앙부분은 냉각되지 않고, 하우징(23)의 가장자리 부분만 냉각된다. 이에 따라 하우징(23)의 중앙부분에서는 가열된 냉각매체가 빠른 속도로 상승할 수 있으며, 상승한 냉각매체는 하우징(23)의 가장자리로 이동하면서 냉각된다. 하우징(23)의 가장자리에서 냉각된 냉각매체는 이동공간(28)을 따라 아래로 빠르게 하강하여 대류현상이 더욱 활발하게 일어나며 이에 따라 냉각효율이 향상된다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(103)은 안내돌기(45)의 구조, 및 냉각부재(47)가 추가 설치된 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 전지 모듈(103)은 복수 개의 전지열(42, 43, 44)과 하우징(23), 및 전지열(42, 43, 44)을 구성하는 이차전지(10) 사이에 배치된 안내돌기들(45)을 포함한다.

이차전지(10) 사이에는 냉각매체의 진행방향을 따라 이어진 복수 개의 안내돌기(45)가 냉각매체의 진행방향과 교차하는 방향으로 이격 배치된다. 안내돌기(45)는 냉각매체의 진행방향을 따라 이어진 막대 형상으로 이루어지며, 이차전지(10)의 일측단에서 타측단까지 이어져 형성된다.

냉각매체의 진행방향을 기준으로 제일 전방에 위치하는 전지열(44)을 구성하는 이차전지의 안내돌기(45)의 개수는 냉각매체의 진행방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열(42, 43)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 안내돌기(45)의 개수보다 더 많다.

안내돌기(45)는 냉각매체의 진행을 방해하지 않으면서 냉매 유로의 단면적을 감소시키는 바, 안내돌기(45)의 개수가 많으면 냉매 유로의 폭이 감소된다. 이에 따라 유로의 단면적이 감소되므로 냉각매체의 이동속도는 더욱 증가하고, 냉매 유로의 단면적이 감소할수록 냉각매체와 냉매 유로의 마찰은 감소한다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방으로 갈수록 냉각매체의 속도가 더욱 빨라지므로 하우징(23) 내부에서의 대류현상은 더욱 활발하게 일어날 수 있다.

또한, 하우징(23)의 상면(23a) 가장자리에는 냉각부재(47)가 설치된다. 냉각부재(47)는 하우징(23)에서 열을 전달받아 하우징(23)을 냉각하는 역할을 한다. 냉각부재(47)는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 열전소자 또는 다른 부재로 열을 전달하는 금속판 등으로 이루어질 수 있다. 본 실시예와 같이 하우징(23)의 상면(23a) 가장자리에 냉각부재(47)가 설치되면 이차전지(10)에 의하여 가열되어 상승한 냉각매체가 가장자리로 이동하면서 이동통로를 따라 아래로 용이하게 이동할 수 있다. 상면(23a) 중앙부분에는 냉각부재(47)가 설치되지 아니하므로 냉각매체가 상면 중앙부분 아래에서 개방된 냉각공간으로 다시 유입되는 것을 방지하여 대류현상이 더욱 활발하게 발생하여 냉각효율이 더욱 향상된다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이다.

도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(104)은 돌기들(55, 56, 57), 및 냉각부재(58)의 구성을 제외하고는 상기한 제3 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 전지 모듈(104)은 복수 개의 전지열(52, 53, 54)과 하우징(23), 및 전지열(52 53, 54)을 구성하는 이차전지(10) 사이에 배치된 돌기들(55, 56, 57)을 포함한다.

3개의 전지열(52 53, 54)이 냉각매체의 이동방향을 따라 이격 배치되는 바, 냉각매체의 진행방향을 기준으로 제일 후방에 위치하는 전지열(52)과 중앙에 배치된 전지열(53)의 이차전지(10) 사이에는 제1 안내돌기(55)가 설치된다. 제1 안내돌기(55)는 냉각매체의 진행방향을 따라 이어진 막대 형상으로 이루어진다. 제1 안내돌기(55)는 이차전지(10)의 일측단에서 타측단까지 이어져 형성된다.

냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 위치하는 전지열(53)을 구성하는 이차전지 사이에 배치된 제1 안내돌기(55)의 개수는 냉각매체의 진행방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열(52)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 제1 안내돌기(55)의 개수보다 더 많다.

또한, 제1 안내돌기(55)가 설치된 전지열들(52, 53)의 전방에 위치하는 이차전지(10) 사이에는 제2 안내돌기(57)와 분산돌기(56)가 설치된다. 제2 안내돌기(57)는 냉각매체의 진행방향을 기준으로 분산돌기보다 전방에 설치되며, 이에 따라 분산돌기(56)를 통과한 냉각매체가 제2 안내돌기(57)의 안내를 받아서 진행한다.

제2 안내돌기(57)는 냉각매체의 진행방향을 따라 이어져 형성되는 바, 이차전지(10)의 일측 단부에서 중앙부분까지만 이어져 형성된다. 분산돌기(56)는 제2 안내돌기(57)가 형성되지 아니한 부분에 형성되어 있다. 본 실시예와 같이 하나의 이차전지(10)에 제2 안내돌기(57)와 분산돌기(56)가 함께 위치하면 분산돌기(56)에 의하여 냉각매체와 이차전지(10)가 냉각에 필요한 충분한 시간 동안 접촉할 수 있을 뿐만 아니라, 이차전지와 접촉한 냉각매체가 제2 안내돌기(57)를 통해서 신속하게 배출될 수 있다. 제2 안내돌기(57)만 형성된 경우에는 냉각매체와 접촉하는 면적 및 시간이 작아서 냉각이 충분히 이루어지지 않을 수 있으나, 분산돌기(56)와 제2 안내돌기(57)를 함께 형성하면 안정적으로 냉각을 수행할 수 있다.

한편, 하우징(23)의 외면에는 냉각부재(58)가 부착 설치되는 바, 냉각부재(58)는 하우징(23)의 상면(23a)과 하우징(23)의 측면(23b)까지 이어져 접하도록 설치된다. 본 실시예에 따르면 냉각부재(58)가 하우징(23)과 충분한 면적으로 접촉하므로 하우징(23)의 상부로 이동된 냉각매체가 상면(23a)을 통해서 냉각될 수 있을 뿐만 아니라 이동 공간을 지나는 동안 측면(23b)과 맞닿아 냉각되므로 더욱 활발하게 대류현상이 일어날 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방으로 갈수록 냉각매체의 이동 속도가 더욱 빨라지므로 하우징(23) 내부에서의 대류현상은 더욱 활발하게 일어날 수 있다.

또한, 하우징(23)의 상면(23a) 가장자리에는 냉각부재(58)가 설치된다. 냉각부재(58)는 하우징(23)에서 열을 전달받아 하우징(23)을 냉각하는 역할을 한다. 냉각부재(58)는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 열전소자 또는 다른 부재로 열을 전달하는 금속판 등으로 이루어질 수 있다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전지 모듈을 구성하는 이차전지들을 도시한 분해 사시도이다.

도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 격벽(65, 66, 67)의 구성을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 전지 모듈은 복수 개의 전지열(62, 63, 64)과 전지열(62, 63, 64)이 수납되는 하우징 및 이차전지들(10) 사이에 배치된 분산돌기들(65b, 66b, 67b)을 포함한다.

분산돌기들(65b, 66b, 67b)은 이차전지(10) 사이에 배치된 판재(65a, 66a, 67a)에 고정 설치되는 바, 분산돌기(65b, 66b, 67b)과 판재(65a, 66a, 67a)가 결합되어 격벽(65, 66, 67)을 형성한다. 격벽(65, 66, 67)은 이차전지들(10) 사이에 배치되어 냉각매체의 유로를 형성한다.

냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 위치하는 격벽(67)의 분산돌기(67b)의 개수는 냉각매체의 진행방향을 기준으로 후방에 배치된 격벽(65, 66)의 분산돌기(65b, 66b)의 개수보다 더 적다.

본 실시예에 따르면 격벽(65, 66, 67)에 분산돌기들(65b, 66b, 67b)이 고정되어 있으므로 격벽(65, 66, 67)을 이차전지들(10) 사이에 삽입하는 것으로 분산돌기들(65b, 66b, 67b)을 이차전지(10) 사이에 용이하게 배치할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 단면도이다.

도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(105)은 하우징(72)과 송풍기(75)의 구성을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 전지 모듈(105)은 복수 개의 전지열(12, 13, 14)과 하우징(72), 및 전지열(12, 13, 14)을 구성하는 이차전지(10) 사이에 배치된 분산돌기들(18)을 포함한다.

하우징(72)은 육면체의 몸통을 갖는 구조로 이루어지며, 하우징(72)의 일측단에는 냉각매체가 들어오는 유입구(72a)가 형성되고, 타측단에 냉각매체가 나오는 배출구(72b)가 형성된다. 유입구(72a)에는 냉각매체를 하우징(72) 내부로 강제로 유입시키는 송풍기(75)가 설치된다. 냉각매체는 공기로 이루어지며, 송풍기(75)는 공기를 강제로 이송시키는 팬(fan)으로 이루어질 수 있다.

한편, 분산돌기(18)는 제1 실시예와 동일하게 냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 위치하는 전지열(14)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 분산돌기(18)의 개수는 냉각매체의 진행방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열(12, 13)을 구성하는 이차전지들(10) 사이에 배치된 분산돌기(18)의 개수보다 더 적게 배치된다.

이에 따라 냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 위치하는 전지열(14)과 냉각매체의 마찰은 냉각매체의 진행방향을 기준으로 후방에 위치하는 전지열(12, 13)과 냉각매체의 마찰이 더 크게 된다.

본 실시예에 따르면 송풍기(75)에 의하여 냉각매체가 공급될 때, 진행방향을 기준으로 전방으로 갈수록 냉각매체의 속도가 빨라지므로 작은 동력으로도 냉각매체를 신속하게 이동시킬 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(105)의 냉각 효율이 향상되며, 송풍기(75)에 의한 전력 손실을 최소화할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.

10: 이차전지 101, 102, 103, 104, 105: 전지 모듈
12, 13, 14, 32, 33, 34, 42, 43, 44, 52, 53, 54: 전지열
17: 케이스 18, 35, 56, 65b, 66b, 67b: 분산돌기
19: 중앙 통로 21: 차단벽
23, 72: 하우징 23a: 상면
23b: 측면 24: 바닥판
25: 프레임 27: 냉각 공간
28: 이동 공간 36: 안내돌기
37, 47, 58: 냉각부재 38: 가이드부재
55: 제1 안내돌기 57: 제2 안내돌기
65, 66, 67: 격벽 65a, 66a, 67a: 판재
72a: 유입구 72b: 배출구
75: 송풍기

Claims (22)

1. 복수 개의 이차전지;
   상기 이차전지가 내장되는 하우징; 및
   상기 이차전지들을 이격시키는 복수 개의 돌기;
   를 포함하고,
   상기 이차전지들은 적층 배열되어 복수 개의 전지열을 형성하며,
   냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 전지열을 구성하는 이차전지들 사이에 배치된 돌기의 개수는 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열을 구성하는 이차전지들 사이에 배치된 돌기의 개수보다 더 많게 형성된 전지 모듈.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 돌기는 복수 개가 하나의 이차전지의 표면에 냉각매체의 진행방향을 따라 이격 배치된 분산돌기인 전지 모듈.
4. 복수 개의 이차전지;
   상기 이차전지가 내장되는 하우징; 및
   상기 이차전지들을 이격시키는 복수 개의 돌기;
   를 포함하고,
   상기 이차전지들은 적층 배열되어 복수 개의 전지열을 형성하며,
   냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 돌기의 폭은 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 돌기의 폭보다 더 작게 형성된 전지 모듈.
5. 복수 개의 이차전지;
   상기 이차전지가 내장되는 하우징; 및
   상기 이차전지들을 이격시키는 복수 개의 돌기;
   를 포함하고,
   상기 이차전지들은 적층 배열되어 복수 개의 전지열을 형성하며,
   냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 돌기의 길이는 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 길이보다 더 크게 형성된 전지 모듈.
6. 복수 개의 이차전지;
   상기 이차전지가 내장되는 하우징; 및
   상기 이차전지들을 이격시키는 복수 개의 돌기;
   를 포함하고,
   상기 이차전지들은 적층 배열되어 복수 개의 전지열을 형성하며,
   상기 돌기는 냉각매체의 진행 방향을 따라 이어진 안내돌기로 이루어지고,
   상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 안내돌기의 개수는 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 안내돌기의 개수보다 더 적게 형성된 전지 모듈.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 하우징은 밀폐형으로 이루어지며, 상기 이차전지들은 대류방식에 의하여 냉각되는 전지 모듈.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 전지열은 상기 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열 보다 중력방향을 기준으로 더 위쪽에 배치된 전지 모듈.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 냉각매체는 상기 이차전지들에 의하여 가열되어 부력으로 상승하는 전지 모듈.
10. 제7 항에 있어서,
    상기 전지열들은 중앙통로를 사이에 두고 냉각매체의 진행방향과 교차하는 방향으로 이격 배치된 전지 모듈.
11. 제7 항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에는 상기 전지열들이 위치하는 냉각 공간과 상기냉각 공간의 외측에 형성되며 상기 전지열들을 통과한 냉각매체가 다시 냉각 공간으로 유입될 수 있도록 회귀하는 이동 공간을 형성하는 차단벽이 설치된 전지 모듈.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 차단벽은 단열성을 갖는 소재로 이루어진 전지 모듈.
13. 제11 항에 있어서,
    상기 차단벽의 외면에는 상기 냉각매체의 진행방향을 향하여 경사지게 형성된 가이드부재가 설치된 전지 모듈.
14. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징의 바닥에는 외기로 노출된 바닥판이 설치된 전지 모듈.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 하우징을 냉각하는 냉각부재가 연결 설치된 전지 모듈.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 냉각부재는 상기 하우징의 상면에 설치된 전지 모듈.
17. 삭제
18. 제15 항에 있어서,
    상기 냉각부재에는 홀이 형성되고, 상기 홀에는 상기 하우징의 상면과 접하도록 단열부재가 설치된 전지 모듈.
19. 제1 항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 이차전지의 케이스에 고정된 전지 모듈.
20. 제1 항에 있어서,
    상기 돌기는 이차 전지 사이에 삽입된 판재에 고정된 전지 모듈.
21. 복수 개의 이차전지;
    상기 이차전지가 내장되는 하우징; 및
    상기 이차전지들을 이격시키는 복수 개의 돌기;
    를 포함하고,
    상기 이차전지들은 적층 배열되어 복수 개의 전지열을 형성하며,
    상기 이차전지에는 냉각매체의 진행방향을 따라 이어진 안내돌기와 상기 안내돌기보다 더 큰 폭과 더 짧은 길이를 갖는 분산돌기가 설치되고,
    상기 안내돌기는 상기 분산돌기 보다 냉각매체의 진행방향을 기준으로 전방에 배치된 전지 모듈.
22. 복수 개의 이차전지; 및
    상기 이차전지가 내장되는 하우징;
    을 포함하고,
    상기 이차전지들은 적층 배열되어 복수 개의 전지열을 형성하며,
    이차전지들 사이에는 냉각매체가 이동하는 유로가 형성되고,
    상기 이차전지들 사이에는 상기 이차전지들을 이격시키는 복수 개의 돌기가 설치되며,
    냉각매체의 진행 방향을 기준으로 전방에 배치된 전지열의 유로에서 상기 돌기와 냉각매체의 마찰은 냉각매체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 전지열의 유로와 냉각매체의 마찰보다 더 작은 전지 모듈.

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